《International Immunopharmacology》：β-Aminoisobutyric acid targets AMPK to suppress macrophage pro-inflammatory phenotype and alleviate lipopolysaccharide-induced sepsis in mice
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BAIBA通过AMPK通路抑制促炎巨噬细胞减轻脓毒症小鼠多器官损伤，与低剂量地塞米松联用增效。
Xilong Hu|Chuanzhi Wang|Peibin Zou|Tao Wu|Haiwang Shi|Binghong Gao|Ling Zhu|Rui Duan
华南师范大学体育学院与华南师范大学运动科学学院联合实验室，体育科学与运动科学专业，中国广东省广州市510006
摘要
败血症是一种由急性感染引起的危及生命的综合征，其特征是严重的系统性炎症和多器官功能障碍。其发病机制涉及巨噬细胞的过度促炎激活。β-氨基异丁酸（BAIBA）是一种在缬氨酸代谢过程中产生的肌肽，已被证明对葡萄糖和脂质代谢具有有益作用，并具有抗炎和抗氧化特性。然而，它缓解脂多糖（LPS）诱导的败血症的潜力仍不清楚。在本研究中，BAIBA预处理（剂量为150和500 mg/kg，口服）能够剂量依赖性地降低LPS诱导的败血症小鼠的死亡率、系统性炎症以及肝脏、肺和肾脏的损伤。值得注意的是，BAIBA与低剂量地塞米松（2 mg/kg，静脉注射）联合使用可增强治疗效果。在败血症小鼠的肝脏中，BAIBA下调了多种炎症基因，减少了巨噬细胞的浸润，并降低了促炎表型的比例。体外实验中，BAIBA（10和20 μM）抑制了LPS/干扰素-γ刺激的RAW264.7巨噬细胞中的促炎介质和相关基因，同时激活了5′ AMP激活的蛋白激酶（AMPK）通路。在骨髓来源的巨噬细胞中也观察到了类似的抗炎效果，但这些效果在AMPK被抑制后被消除。总体而言，这些发现强调了BAIBA在败血症相关功能障碍和巨噬细胞激活中的保护作用。
引言
败血症是一种由感染引起的系统性炎症反应综合征，可导致多个器官衰竭，包括肝脏、肾脏、肺和心脏，最终可能导致死亡[1]。尽管过去三十年医学进步使败血症相关死亡率降低了53%，但它仍然是全球主要的死亡原因之一[2,3]。2017年，全球报告了约4890万例败血症病例，死亡率为22.5%[4]。目前的标准治疗方法主要使用抗生素来对抗细菌感染，并使用糖皮质激素等免疫调节剂来减轻细胞因子风暴[5]。地塞米松（DEX）是一种强效的长效糖皮质激素，在败血症患者中具有强烈的抗炎作用。然而，长期使用和高剂量可能会引起严重的副作用，包括骨质疏松症、代谢紊乱和肌少症[6,7]。因此，在保持治疗效果的同时减少这类药物的剂量已成为当务之急。
由免疫反应失调引起的细胞因子风暴是败血症发病机制的核心[8]。巨噬细胞以其表型可塑性而闻名，在败血症期间受到损伤相关分子模式（DAMPs）和病原体相关分子模式（PAMPs）的刺激时，会主要处于促炎状态。这种转变对于协调病原体清除、免疫调节和组织修复至关重要，最终影响疾病进展[9,10]。针对促炎巨噬细胞的激活以促进平衡的免疫反应是一种有前景的策略，可以减轻败血症引起的损伤[11,12]。
随着对免疫调节机制理解的深入，内源性小分子代谢物在治疗炎症性疾病（包括败血症）方面引起了越来越多的关注[13,14]。例如，4-辛基异戊二酸抑制有氧糖酵解，从而减弱脂多糖（LPS）诱导的败血症和系统性炎症[15]。同样，作为鞘磷脂的代谢物，外源性鞘氨醇可以改善小鼠的败血症诱导的肠道屏障功能障碍[16]。β-氨基异丁酸（BAIBA）主要在骨骼肌和肝脏中产生，参与脂质和葡萄糖代谢，并调节炎症和氧化应激。作为一种外泌素，BAIBA还介导多种与运动相关的健康益处[17]。越来越多的证据表明，BAIBA可以减少肌肉细胞、脂肪细胞和椎间盘核细胞的炎症激活，从而缓解胰岛素抵抗和椎间盘退化[18],[19],[20]。然而，BAIBA是否能预防败血症引起的死亡和器官损伤仍不清楚。在这里，我们证明了BAIBA通过5′ AMP激活的蛋白激酶（AMPK）依赖机制逆转巨噬细胞的促炎激活，从而缓解了败血症的进展。这些发现为败血症及其他炎症相关疾病的预防和治疗策略提供了新的见解。
实验部分
动物
为了避免雌激素对数据解释的潜在干扰[21]，我们从广东省动物实验中心获得了7周大的雄性C57BL/6 J小鼠（许可证号：SCXK (Yue) 2022–0002）。小鼠在特定的无病原体（SPF）条件下饲养，光照/黑暗周期为12小时，温度保持在22°C，湿度在30%–70%之间。实验期间小鼠可以自由进食和饮水。
RAW264.7细胞的培养
RAW264.7小鼠单核细胞/巨噬细胞系...
BAIBA预处理可降低败血症小鼠的死亡率和炎症反应
BAIBA是一种支链氨基酸（BCAA）衍生物（图1A）。为了评估其在LPS诱导的致命败血症中的疗效，8周大的雄性C57BL/6 J小鼠在腹腔注射LPS之前接受了PBS或BAIBA预处理。其他组接受了低剂量地塞米松、高剂量地塞米松或高剂量BAIBA与低剂量地塞米松联合治疗，以评估BAIBA是否可以在不降低疗效的情况下减少地塞米松的剂量（图1B）。
确定BAIBA对致命LPS刺激的保护作用...
讨论
内源性代谢物由于其生物相容性、安全性和低合成成本而具有巨大的治疗潜力[15,16]。本研究初步证明了缬氨酸衍生物BAIBA在败血症中具有免疫保护作用。在LPS诱导的小鼠败血症模型中，BAIBA预处理剂量依赖性地降低了死亡率，减轻了器官损伤，减少了炎症细胞因子的激增，并降低了肝脏中的促炎巨噬细胞浸润。
伦理批准和参与同意
所有动物研究均获得了华南师范大学体育学院伦理委员会的批准（许可号：SCNU-SPT-2024-2），所有实验均遵循美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南。
作者贡献声明
Xilong Hu：撰写——原始草案、研究设计、概念构思。
Chuanzhi Wang：撰写——审稿与编辑、方法学。
Peibin Zou：撰写——审稿与编辑、方法学。
Tao Wu：资源准备、方法学。
Haiwang Shi：资源准备、数据管理。
Binghong Gao：资源准备、数据管理。
Ling Zhu：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取。
Rui Duan：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取。
出版同意
所有作者均已阅读并同意发表的手稿版本。所有作者均批准了最终稿件。
资助
本研究得到了中国国家自然科学基金（NSFC）（资助编号：32571326）和广州市科研基金（SL2022B04J00013）的资助。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
